不锈钢焊接技术特点

不锈钢焊接技术特点内容摘要：

焊缝中含有较多的铁素体化元素或较多的 δ相时，高温条件下由于 δ→σ 转变，引起 σ相脆化，焊缝的塑、韧性均显著下降，故焊缝中的 δ相应小于 5％。 当 2520 钢焊缝中 Cr 与 Si含量偏上限时，则易沿晶界析出 σ相，引起焊接接头脆化，故应适当减少铁素体形成元素，采用较小的线能量，提高冷却速度。 对于已经出现 σ相的焊缝，可将焊接接头加热至 1050～1100℃ ，保温 1小时后水冷，进行固溶处理，以使 σ相重新溶入奥氏体。 因导热率低、膨胀系数大，故焊接变形较大，可采用夹具防止变形。 奥氏体不锈钢的焊接方法和焊接材料： 奥氏体不锈钢可用钨极氩弧焊（ TIG）、熔化极氩弧焊（ MIG）、等离子氩弧焊（ PAW）及埋弧焊（ SAW）等方法进行焊接。 奥氏体不锈钢因其熔点低、导热系数小、电阻系数大，故焊接电流较小。 应采用窄焊缝、窄焊道，减少高温停留时间，防止碳化物析出，减少焊缝收缩应力，降低热裂纹敏感性。 焊材选择。 焊材成分尤其是 Cr、 Ni合金元素 要高于母材。 采用含有少量（ 4～ 12％）铁素体的焊接材料，以保证焊缝良好的抗裂（冷裂、热裂、应力腐蚀开裂）性能。 焊缝中不 允许或不可能存在铁素体相时，焊材应选用含 Mo、 Mn 等合金元素的焊接材料。 焊材中的 C、 S、 P、 Si、 Nb应尽可能低， Nb在纯奥氏体焊缝中会引起凝固裂纹，但焊缝中有少量铁素体可有效避免。 焊后需进行稳定化或消除应力处理的焊接结构，通常选用含 Nb的焊接材料。 埋弧焊用于焊接中板， Cr、 Ni的烧损可通过焊剂和焊丝中合金元素的过渡得到补充；由于熔深大，应注意防止焊缝中心区热裂纹的产生和热影响区耐腐 蚀性的降低；应注意选择较细的焊丝和较小的焊接线能量，焊丝需低 Si、 S、 P。 耐热不锈钢焊缝中铁素体含量应不大于 5％。 Cr、 Ni含量大于 20％的奥氏体不锈钢，需选用高 Mn（ 6～ 8％）焊丝，焊剂选用碱性或中性焊剂，以防止向焊缝中增 Si，以提高其抗裂性能。 奥氏体不锈钢专用焊剂增 Si极少，可向焊缝过渡合金，补偿合金元素的烧损，以满足焊缝性能和化学成分的要求。 打磨砂轮片仅能专用于打磨不锈钢，所用的钢丝刷及清除焊渣的工具皆由不锈钢制成，表面不允许暴露在火焰加工处。 短弧焊接，用实芯焊丝作熔化极焊接不锈钢时，保护气体不宜含 CO2；而药芯焊丝由于有渣保护，不会因 CO2 而增加焊缝的含碳量。 不预热。 层间温度应严格控制，要 ≤150℃。 小焊接线能量。 反面成型的气体保护焊，焊根侧必须用还原气或纯氢保护。 母材熔化量应控制在整个焊缝面面积的 35％以下。 含 Ti、 Nb奥氏体不锈钢建议用超低碳不含稳定剂的填充材料。 因收缩变形大，故在夹紧装置与定位焊上皆应加强。 不允许在工件坡口处有电弧擦伤母材的痕迹。 为确保焊接接头的耐腐蚀性，其表面应呈光亮状，残渣、焊缝的颜色等可通过石英砂轮打磨、酸洗、抛丸、刷洗或抛光去除。 修复焊接前，也应酸洗坡口表面。 应加快焊 缝冷却速度。 铁素体不锈钢的焊接 铁素体不锈钢在高温下可能会或根本不出现少量的奥氏体组织，故在焊接热循环作用下可能或根本不出现马氏体组织，焊接后不会出现强度显著下降或淬火硬化问题。 因此，焊接接头的室温强度不是焊接的主要问题；由于热膨胀系数低，故焊接热裂纹和冷裂纹也不是主要矛盾。 但焊接接头的塑、韧性降低，即发生脆化，以及耐腐蚀性必须重视。 铁素体不锈钢的焊接特性 铁素体不锈钢热膨胀系数小， S、 P 等杂质在铁素体中溶解度大， Si、 Nb 等是铁素体形成元素，故焊缝结晶时不易形成低熔点共晶，热裂倾向小；焊接热影 响区超过临界温度区域形成马氏体的数量极少，故脆硬倾向很小。 由 Cr 及 Al、 Nb、 Mo、 Ti等添加元素来防止在焊接受热过程中形成奥氏体，故在焊后冷却过程中不会出现奥氏体向马氏体转变的脆硬现象。 但焊接热所形成的热影响区近缝带，由于高温而促成铁素体晶粒粗大，明显降低了接头韧性，且无法通过热处理加以改善。 因同质焊缝及热影响区在焊接过程中 C、 N化合物析出和晶粒长大的作用，导致铁素体不锈钢焊接接头脆化。 由于 C、 N在铁素体不锈钢中的溶解度极低，在 950℃ 以后迅速析出，故同质焊材的焊缝和热影响区在焊后冷却过程中会析出 C、 N化合物，引起脆化，提高晶间腐蚀敏感性。 铁素体不锈钢在热影响区产生晶间腐蚀的部位更接近熔合线。 Cr 在铁素体不锈钢中的扩散速度远比在奥氏体不锈钢中的快，只需 700～ 900℃ 范围内短时间保温即可使Cr向贫铬区扩散，恢复焊接接头的耐腐蚀性能。 铁素体不锈钢的焊接方法 焊接材料。 要求焊缝金属与母材有相同的导电、导磁及力学性能和表面色泽时应使用同材质的焊材，但其熔敷金属韧性太低，添加的 Al与 Ti等铁素体形成元素难以有效过渡到熔池中去，故该类焊材的应用受到一定限制。 采用奥氏体焊接材料或镍基合金，可提高焊接接头的韧性，免除焊前预热和焊后热处理。 焊接工艺。 焊接材料与母材的化学成分相同时，须采取措施：焊前预热温度 100～ 200℃ ，以使被焊材料处于韧性较好的状态和降低焊接接头的应力；随 着铬含量的提高，预热温度也应相应提高。 焊后对焊接接头进行 750～ 800℃ 退火处理，使过饱和 C和 N完全析出，使铬 充分补充到贫铬区，以恢复其耐蚀性及改善焊接接头塑性；退火后应快冷，以防止 475℃脆性产生。 采用小的热输入进行施焊，以减少高温脆化和 475℃ 脆性的影响。 若选用奥氏体不锈钢焊接材料，可免除焊前预热和焊后热处理；不含稳定元素的铁素体不锈钢焊接接头，其热影响区的粗晶脆化和晶间腐蚀问题不会因填充材料的改变而变化。 奥氏体或奥氏体 铁素体焊缝金属基本上与铁素体不锈钢母材等强度；但在某些腐蚀介质中，该种异质 焊接接头的耐腐蚀性可能低于同质接头。 极低碳高铬铁素体不锈钢薄板焊前可不预热，焊后也无需热处理，但焊缝金属中 C加 N的含量不高于母材金属含量。 焊接技巧。 焊接材料不得污染；采用小焊接能量、较快的焊接速度等窄焊道焊接；使焊丝受热末端始终处于保护气体中；采用熔化极氩弧焊（ MIG）、等离子氩弧焊（ PAW）等先进焊接技术；熄弧后继续通保护气体，直至冷却充分；用高纯氩气保护焊接熔池；焊缝背面应采用惰性保护气体；采用水冷铜板，以减少过热，增加冷却速度。 奥氏体 铁素体（双相）不锈钢的焊接 现代超低碳含氮双相不锈钢，钢 中的足够的氮可促进焊接接头热影响区在高温下形成的单相铁素体冷却时，发生逆转变并形成足够的奥氏体，故焊接若影响区的塑、韧性较好，且抗应力腐蚀、点腐蚀的性能优良。 其铁素体含量不应超过 50％，以防止焊接时热影响区中铁素体过分长大和缩小形成单相铁素体组织的范围。 双相不锈钢冷轧退火时需快速冷却通过980～ 700℃ 的温度范围，以防止焊接过程中形成有害的 σ相、 χ相和碳氮化合物，保证热影响区的力学性能和耐腐蚀性能。 由于焊缝金属凝固和随后的冷却速度很快，焊缝若采用与母材相同的化学成分时，则在高温形成单相铁素体组织，来不及 像母材那样在 1050～ 1100℃ 保温并水淬处理，发生部分铁素体转变为奥氏体的过程。 故焊材的镍含量要高于母材。 焊缝在焊后自然冷却条件下，由于相对于母材熔池体积很小，冷却速度很快，熔化的金属焊缝沿热传导方向，向焊缝中心呈柱状、树枝状结晶，发生合金元素的偏析，组织不稳定，在随后的冷却过程中，易发生组织转变和析出金属间相。 在正常的焊接参数和焊后自然冷却条件下，配套的焊材的焊缝金属可以达到要求的相比例（ FN＝ 30～ 70％）；但采用较小的焊接热输入或焊缝截面厚，焊后冷却速度较快，焊缝中铁素体的转变来不及充分进行 ，则焊缝中的铁素体可能会超过 70％；若热输入过大或填充的焊接材料较少，则可能加大母材的（熔化）稀释作用，从而降低焊缝金属的镍含量，使焊缝中的铁素体含量增高。 若焊缝的铁素体含量较高，可采取固溶（ 1050～ 1100℃ ）处理，使焊缝金属的相比例较为理想。 可用钨极氩弧焊（ TIG）、熔化极氩弧焊（ MIG）、等离子氩弧焊（ PAW）及埋弧焊（ SAW）等方法进行焊接。 若焊件处于高应变状态或存在导致耐蚀性和塑、韧性降低的有害相变，则应进行固溶处理。 23％ Cr无 Mo双相不锈钢和 22％ Cr双相不锈钢的固溶处理温度为 1050～1100℃ ，而 25％ Cr双相不锈。